一种无人机自动起降控制设备的制作方法

1.本发明涉及无人机控制技术领域，具体而言，涉及一种无人机自动起降控制设备。


背景技术：

2.在输电线路运维中，为准确地发现杆塔的缺陷，普遍使用无人机开展输电线路巡检工作。然而，无人机电力巡检工作大多是在山区、丘陵地区等植被茂密的野外环境中进行，导致无人机难以找到平坦开阔的场地进行起降，严重影响了输电线巡检工作的进度。
3.有鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：开展野外输电线路巡检工作时，无人机难以找到平坦开阔的起降场地。目的在于提供一种无人机自动起降控制设备，为无人机提供可自动调平的起降平台，并采用gps定位技术和图像识别技术为无人机找准起降停靠点，实现无人机在野外工作时自由起降。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.本发明提供一种无人机自动起降控制设备，包括起降平台，用于为无人机提供起飞和降落的场地；自动找平装置，用于检测所述起降平台的水平度，根据检测结果自动地将所述起降平台调节至水平位置；定位装置，用于在无人机和所述起降平台之间建立实时位置通信连接；位置识别装置，用于准确地识别出所述起降平台上的起降点；所述自动找平装置安装在所述起降平台上，所述自动找平装置与所述起降平台电连接；所述定位装置安装在所述起降平台和所述无人机上；所述位置识别装置安装在所述无人机上。
7.进一步的，所述起降平台包括平板组件、多个伸缩脚架和伺服电机；多个所述伸缩脚架和所述伺服电机安装在所述平板组件的底部，所述伺服电机与多个所述伸缩脚架电连接，所述伺服的电机用于驱动多个所述伸缩脚架做伸缩运动；所述自动找平装置包括水平仪和控制器；所述水平仪设置在所述平板组件的底部；所述水平仪用于采集所述平板组件的水平角度；所述伺服电机和所述水平仪与所述控制器电连接；所述控制器用于根据所述水平角度获取多个所述伸缩脚架的调节参数，根据调节参数向所述伺服电机发送控制信号。
8.进一步的，所述起降平台安装在工程车的车顶；所述自动找平装置还包括行程传感器；所述行程传感器用于监测多个所述伸缩脚架在所述工程车在行进过程中的行程数据；所述控制器还用于根据所述行程数据和所述水平角度获取多个所述伸缩脚架的调节参数，根据调节参数向所述伺服电机发送控制信号。
9.进一步的，所述起降平台还包括显示屏，用于显示所述平板组件的水平角度；所述显示屏与所述水平仪电连接。
10.进一步的，所述起降平台还包括多个红外信号发射器，多个所述红外信号发射器在所述平板组件的上表面排列成点阵；所述位置识别装置包括红外信号接收器和图像识别
处理器；所述图像识别处理器用于根据所述红外信号接收器传送的红外信号对所述点阵的形状进行识别，并对识别结果进行畸变校正。
11.进一步的，所述定位装置包括无人机信号收发器和起降平台信号收发器；所述无人机信号发射器和所述起降平台信号发射器均搭载有5g芯片，所述5g芯片用于根据接收到的定位信号实时计算所述无人机与所述起降平台之间的相对位置。
12.进一步的，所述无人机自动起降控制设备还包括无人机电池更换装置和用于存放无人机电池的电池仓；所述控制器还用于根据预设程序控制所述无人机电池更换装置对降落的无人机更换电池；所述无人机电池更换装置固定安装在所述平板组件的上表面指定位置，所述无人机电池更换装置与所述控制器电连接；所述电池仓设置在所述平板组件的上表面靠近所述无人机电池更换装置的位置。
13.进一步的，所述无人机电池更换装置包括基座、机械臂和电动夹爪，所述机械臂和所述电动夹爪与所述控制器电连接；所述基座与所述平板组件的上表面固定连接；所述机械臂的一端连接在所述基座上，所述机械臂的另一端与所述电动夹爪活动连接；所述机械臂包括前臂和后臂，所述前臂和所述后臂活动连接。
14.进一步的，所述起降平台的上表面设置有多个用于固定无人机的夹持件，多个所述夹持件对称分布在所述点阵的边缘。
15.进一步的，所述无人机自动起降控制设备还包括电源和电源开关；所述电源用于为所述起降平台、所述自动找平装置和所述定位装置供电。
16.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：设置有起降平台，为无人机在野外工作时提供了可自由起飞和降落的场地；设置了可根据水平仪采集的水平角度和行程传感器采集的行程数据自动调节起降平台水平角度的自动找平装置，从而应对野外崎岖不平的地势环境；结合gps定位技术和图像处理技术设置了定位装置和位置识别装置，可帮助无人机快速跟踪到起降平台的位置，并准确找到起飞和降落的位置，从而解决开展野外输电线路巡检工作时，无人机难以找到平坦开阔的起降场地。另外，设置了无人机电池更换装置，替代传统的人工更换电池的方式，可进一步提高无人机野外巡检的工作效率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为本发明实施例1提供的一种无人机自动起降控制设备的整体结构示意图；
19.图2为本发明实施例2提供的可自动更换无人机电池的无人机自动起降控制设备的整体结构示意图。
20.附图中标记及对应的零部件名称：
21.1-平板组件，2-伸缩脚架，3-显示屏，4-红外信号发射器，5-红外信号接收器，6-电池仓，7-基座，9-电动夹爪，10-夹持件，11-电源开关，81-前臂，82-后臂。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
23.实施例1
24.针对无人机在开展野外输电线路巡检工作时难以找到平坦开阔的起降场地的问题，本实施例提供一种无人机自动起降控制设备，该设备能搭载在工程车顶，为无人机的起飞和降落提供平坦开阔平台，同时结合gps定位技术和图像处理技术，帮助无人机快速跟踪到起降平台的位置，并准确找到起飞和降落的位置。
25.该无人机自动起降控制设备的整体结构如图1所示，主要有用于为无人机提供起飞和降落的场地的起降平台，用于检测所述起降平台的水平度并根据检测结果自动地将所述起降平台调节至水平位置的自动找平装置，用于在无人机和所述起降平台之间建立实时位置通信连接的定位装置，以及用于准确地识别出所述起降平台上的起降点的位置识别装置组成。其中，自动找平装置安装在所述起降平台上，自动找平装置与起降平台电连接；定位装置安装在起降平台和所述无人机上；位置识别装置安装在所述无人机上。本实施例所述的无人机为多旋翼无人机为线路巡检的重要装置，可以选择常用的四旋翼、六旋翼、八旋翼无人机。
26.以下对该无人机自动起降控制设备的起降平台、自动找平装置、定位装置和位置识别装置之间的相对位置关系、连接关系和功能实现方式进行详细说明。
27.起降平台的作用是为无人机提供起飞和降落的场地，在野外进行输电线路巡检作业时，起降平台可搭载在工程车的车顶，以避免野外灌木、草丛等对无人机的起飞和降落造成干扰，从而保证无人机安全、顺利地起降。
28.如图1所示，起降平台的整体结构由矩形的平板组件1和4个伸缩脚架2组成。4个伸缩脚架2固定安装在在平板组件1底面的四个顶角位置。另外，在平板组件1的底部还安装有伺服电机，与4个伸缩脚架2关联的还有行程传感器。伺服电机分别与4个伸缩脚架2之间电性连接，可驱动4个伸缩脚架2做伸缩运动，行程传感器用来采集4个伸缩脚架2在工程车行进过程中发生倾斜时的行程数据。
29.自动找平装置包括水平仪和控制器。其中，水平仪设置在平板组件1的底部，用来检测平板组件1的水平角度。水平仪和行程传感器均过数据线与控制器连接，分别将采集到的数据传递给控制器。控制器的作用是根据行程传感器采集到的4个伸缩脚架2的行程数据和水平仪采集到的水平角度进行计算，获得当前平板组件1的倾斜角度。需说明的是，当前平板组件1的倾斜角度的计算方法可参考来自东南大学的魏海坤、陈新海、张侃健等人发表的《一种升降平台倾斜度测量装置及测量方法》。计算获得当前平板组件1的倾斜角度之后，控制器根据倾斜角度计算获得各个伸缩脚架2的调节参数，并根据各个伸缩脚架2的调节参数伸出对应的控制信号，将控制信号发送给伺服机，有伺服机驱动各伸缩脚架2做伸缩运动，实现对起降平台调平。需说明的是，倾斜角度的计算方法可参考来自中联重科股份有限公司的刘欢发表的《支撑平台支腿自调平原理分析与防止虚腿方法研究》。
30.需补充说明的是，在起降平台的一侧还设置有显示屏3，该显示屏3分别与水平仪和控制器连接，可对水平仪检测到的水平角度进行显示。
31.为帮助无人机在返回时准确地找到起降平台的位置和具体的起降点，本实施例结合gps定位技术和图像识别技术，在无人机自动起降控制设备中设置了定位装置和位置识别装置。
32.一方面，定位装置包括无人机上的无人机信号收发器和起降平台信号收发器。此无人机信号发射器和起降平台信号发射器均搭载有5g芯片，可根据接收到的定位信号，结合rtt技术实时计算所述无人机与所述起降平台之间的相对位置。
33.另一方面，位置识别装置包括红外信号接收器5和图像识别处理器，图像识别处理器用于根据所述红外信号接收器5传送的红外信号对所述点阵的形状进行识别，并对识别结果进行畸变校正。与位置识别装内置对应的，起降平台的平板组件1上表面还设置有多个红外信号发射器4，这些红外信号发射器4可向外不间断发出红外光信号。这些红外信号发射器4在平板组件1的上表面排列成如图1所示的20cm*20cm的形状类似直升机停机标志的阵列。本实施例的红外信号接收器5采用无人机搭载的红外广角摄像机，可捕捉红外信号发射器4的信号，并将多个红外信号发射器4的信号组成的图像传递给图像识别处理器，由图像识别处理器对图像进行识别处理，检测并识别出平板组件1上的准确落点位置。需说明的是图形识别处理算法可参考李燕，陈莹，董秀兰和闫琰等人发表的《基于神经网络的遥感图像识别算法》。采用收发红外光信号的形式建立无人机与升降平台之间的通信连接，其优势在于受天气干扰的影响较小，无论是在晴朗天气还是雨雾等低能见度天气下，无人机都能有效发现、捕获起降场地的准确方位，从而完成自主降落。
34.综上所述，本实施例提供的一种无人机自动起降控制设备，通过设置可自动调平的起降平台为无人机提供安全起飞和降落的场地，并采用gps定位技术和图像识别技术为无人机找准起降停靠点，可实现无人机在野外工作时自由起降，解决无人机在开展野外输电线路巡检工作时难以找到平坦开阔的起降场地的问题。
35.实施例2
36.为实现无人机电池自动更换，进一步提高无人机野外巡检的工作效率，本实施例提供一种如图2所示的无人机自动起降控制设备，在实施例1的基础上增设了无人机电池更换装置和用于存放无人机电池的电池仓6，替代传统的人工更换电池的方式。其中，电池仓6设置在所述平板组件1的上表面靠近所述无人机电池更换装置的位置；无人机电池更换装置固定安装在平板组件1的上表面指定位置，并与控制器电性连接。控制器根据预设程序控制无人机电池更换装置对降落的无人机更换电池，包括自动取出无人机机身上电池，将取出的电场放入电池仓6中充电，并从电池仓6中取出新电池装入无人机机身，完成电池更换。需说的是，所述的预设程序可通过matlab中的机械臂算法，以及上海交通大学的李江道发表的《空间机械臂机电一体化关节的设计与控制》实现。
37.无人机电池更换装置的组成部件及连接关系如图2所示，包括基座7、机械臂和电动夹爪9。其中，机械臂和电动夹爪9与控制器电性连接；基座7固定安装在平板组件1的上表面；机械臂的一端连接在基座7上，机械臂的另一端与电动夹爪9活动连接；机械臂包括前臂81和后臂82，前臂81和后臂82活动连接。
38.为了在更换电池是保持无人机的稳定，在图1所示的点阵边缘还对称设置有4个夹持件10，从四个方位对无人机进行固定。
39.此外，无人机自动起降控制设备还配备有电源为整个设备供电，在起降平台一侧
设置有电源开关11。
40.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种无人机自动起降控制设备，其特征在于，包括起降平台，用于为无人机提供起飞和降落的场地；自动找平装置，用于检测所述起降平台的水平度，根据检测结果自动地将所述起降平台调节至水平位置；定位装置，用于在无人机和所述起降平台之间建立实时位置通信连接；位置识别装置，用于准确地识别出所述起降平台上的起降点；所述自动找平装置安装在所述起降平台上，所述自动找平装置与所述起降平台电连接；所述定位装置安装在所述起降平台和所述无人机上；所述位置识别装置安装在所述无人机上。2.根据权利要求1所述的一种无人机自动起降控制设备，其特征在于，所述起降平台包括平板组件(1)、多个伸缩脚架(2)和伺服电机；多个所述伸缩脚架(2)和所述伺服电机安装在所述平板组件(1)的底部，所述伺服电机与多个所述伸缩脚架(2)电连接，所述伺服的电机用于驱动多个所述伸缩脚架(2)做伸缩运动；所述自动找平装置包括水平仪和控制器；所述水平仪设置在所述平板组件(1)的底部；所述水平仪用于采集所述平板组件(1)的水平角度；所述伺服电机和所述水平仪与所述控制器电连接；所述控制器用于根据所述水平角度获取多个所述伸缩脚架(2)的调节参数，根据调节参数向所述伺服电机发送控制信号。3.根据权利要求2所述的一种无人机自动起降控制设备，其特征在于，所述起降平台安装在工程车的车顶；所述自动找平装置还包括行程传感器；所述行程传感器用于监测多个所述伸缩脚架(2)在所述工程车在行进过程中的行程数据；所述控制器还用于根据所述行程数据和所述水平角度获取多个所述伸缩脚架(2)的调节参数，根据调节参数向所述伺服电机发送控制信号。4.根据权利要求2所述的一种无人机自动起降控制设备，其特征在于，所述起降平台还包括显示屏(3)，用于显示所述平板组件(1)的水平角度；所述显示屏(3)与所述水平仪(3)电连接。5.根据权利要求2所述的一种无人机自动起降控制设备，其特征在于，所述起降平台还包括多个红外信号发射器(4)，多个所述红外信号发射器在所述平板组件(1)的上表面排列成点阵；所述位置识别装置包括红外信号接收器(5)和图像识别处理器；所述图像识别处理器用于根据所述红外信号接收器传送的红外信号对所述点阵的形状进行识别，并对识别结果进行畸变校正。6.根据权利要求1-5中任一所述的一种无人机自动起降控制设备，其特征在于，所述定位装置包括无人机信号收发器和起降平台信号收发器；所述无人机信号发射器和所述起降平台信号发射器均搭载有5g芯片，所述5g芯片用于根据接收到的定位信号实时计算所述无人机与所述起降平台之间的相对位置。7.根据权利要求2所述的一种无人机自动起降控制设备，其特征在于，还包括无人机电池更换装置和用于存放无人机电池的电池仓(6)；所述控制器还用于根据预设程序控制所述无人机电池更换装置对降落的无人机更换电池；所述无人机电池更换装置固定安装在所述平板组件(1)的上表面指定位置，所述无人机电池更换装置与所述控制器电连接；所述电池仓(6)设置在所述平板组件(1)的上表面靠近所述无人机电池更换装置的位置。
8.根据权利要求7所述的一种无人机自动起降控制设备，其特征在于，所述无人机电池更换装置包括基座(7)、机械臂(8)和电动夹爪(9)，所述机械臂(8)和所述电动夹爪(9)与所述控制器电连接；所述基座(7)与所述平板组件(1)的上表面固定连接；所述机械臂(8)的一端连接在所述基座(7)上，所述机械臂(8)的另一端与所述电动夹爪(9)活动连接；所述机械臂(8)包括前臂(81)和后臂(82)，所述前臂(81)和所述后臂(82)活动连接。9.根据权利要求5所述的一种无人机自动起降控制设备，其特征在于，所述起降平台的上表面设置有多个用于固定无人机的夹持件(10)，多个所述夹持件(10)对称分布在所述点阵的边缘。10.根据权利要求1所述的一种无人机自动起降控制设备，其特征在于，还包括电源和电源开关(11)；所述电源用于为所述起降平台、所述自动找平装置和所述定位装置供电。

技术总结
本发明涉及无人机控制技术领域，公开了一种无人机自动起降控制设备，包括起降平台，用于为无人机提供起飞和降落的场地；自动找平装置，用于将所述起降平台调节至水平位置；定位装置，用于在无人机和起降平台之间建立实时位置通信连接；位置识别装置，用于准确地识别出起降平台上的起降点；无人机电池更换装置，用于自动地为无人机更换电池。本发明可实现无人机在野外工作时自由起降，解决无人机在开展野外输电线路巡检工作时难以找到平坦开阔的起降场地的问题，还可实现无人机电池自动更换，进一步提高无人机野外巡检的工作效率。进一步提高无人机野外巡检的工作效率。进一步提高无人机野外巡检的工作效率。


技术研发人员：杨生兰 莫凡 刘玮 鲁力 孙甘塬 廖云杰 邬剑 王鸿飞 张民 杨颖锐 赖宗林 冯伦 蒋泽峰
受保护的技术使用者：国网四川省电力公司超高压分公司
技术研发日：2022.12.06
技术公布日：2023/4/5